聚能水压光面爆破技术在铁路隧道工程中的应用

2022-06-27王慧敏

四川水泥 2022年6期

王慧敏

（中铁十七局集团第五工程有限公司，山西太原 030032）

0 引言

铁路工程具有跨度大，线路长，施工环境和地质条件多变等特点，对施工技术要求较高，尤其是在隧道施工中，对爆破技术的要求十分严格，只有实现对爆破技术的科学、合理、高效应用，才能够确保隧道施工的进度、效率、质量以及安全性满足施工要求。现阶段，在隧道工程爆破施工过程中，聚能水压光面爆破技术逐渐普及，其原理是将聚能管代替炸药卷结合水压爆破技术，并使用炮泥进行填充和堵塞处理，这种爆破方法可以充分爆发出炸药的能量，能有效提高爆破工作效果和安全性。与常规爆破方式相比，聚能水压光面爆破可以充分爆发出炸药的能量，有效加快施工进度和节约施工成本，同时还能够最大限度地降低洞内爆破粉尘污染，为隧道施工人员提供更好的施工环境。但该项爆破技术对施工流程和各项参数控制的要求较高，在爆破中技术人员必须要科学合理地应用该技术，有效做好每一个工作环节的质量控制工作，才能提高爆破工作的效率和安全性。

本文以川藏线拉林铁路布喀木隧道工程为例，对聚能水压光面爆破技术的原理和应用要点进行介绍，并分析技术优势，仅供参考。

1 工程概况

川藏线拉林铁路布喀木隧道位于念青唐古拉山与喜马拉雅山之间的藏南谷底高山区，山高谷深,气候极端恶劣。山脉呈南北向纵贯延展，谷岭相间，地势起伏跌宕。隧道纵断面标高范围为3081～4500m，最大埋深约为1381m。起讫里程为DK362+180～DK371+420，全长9240m，其中单线隧道长8920m。隧道Ⅱ级围岩段长5750m、Ⅲ级围岩段长2310m、Ⅳ级围岩段长1030m、Ⅴ级围岩段长58m、Ⅵ级围岩段长70m、明洞段长22m。由于隧道位于青藏高原，环境恶劣，海拔高，空气中氧含量低，隧道长排烟困难，且效率低，经相关爆破专家和项目技术人员研究，决定采用聚能水压光面爆破技术进行隧道掌子面爆破开挖施工。

2 聚能水压光面爆破技术原理分析

聚能水压光面爆破技术的原理并不复杂，其主要是集合了常规聚能爆破的聚能原理和水压爆破的缓能原理，将两者的优势集中，实现了更加高效和稳定的爆破施工。爆破施工中，采用双向聚能管装药装置代替常规装药方法，并将水袋安装在炮孔的上下两面，最后用黏土、砂以及水按照一定比例制作的砂袋进行回填堵塞，以此实现高效的聚能导向，将爆破势能激发到极致，在高效、顺利爆破的基础上，实现保护原岩、降低对隧道施工环境影响的目的。与常规水压光面爆破相比，聚能水压光面爆破在前期的掏槽眼、辅助眼、装药以及整个爆破工作流程上基本保持相同，不同点在于两者的周边光面眼间距不同，聚能水压光面爆破技术周边眼间距更大（图1）；同时聚能水压光面爆破需要使用特定的聚能药管替代常规的光面爆破药卷，并根据工程的实际情况配置专用的炮泥材料对炮孔进行封堵处理，专业性强、灵活性高。除了具备常规光面爆破工作所产生的作用与效果之外，聚能水压光面爆破还能够充分发挥出聚能管当中所产生的高温高压射流和水袋在爆破作用下产生的水楔效应，全面提高内部膨胀气体的压力作用，最大限度增加爆破能量[1]。除了爆破能量大之外，因为聚能爆破线性聚能装药的射流作用，因为聚能爆破线性聚能装药的射流作用，在爆破过程中水射流在聚能原理的作用下能迅速贯穿和劈开岩体，实现高效的光面爆破。在此过程中，水射流还会在缓能原理的作用下有效降低对隧道周围原岩的破坏和影响，将爆破施工可能会造成的振动和损坏降至最低，同时也能够有效减少爆破粉尘的产生，保持良好的施工环境。

图1 聚能水压光面爆破周边炮眼布置示意

3 聚能水压光面爆破技术应用要点

3.1 钻孔

钻孔是聚能水压光面爆破的第一步，在正式爆破之前，需要先根据爆破设计方案对周边眼的位置进行计算和确定，在反复确认周边炮眼位置无误后，交由专业技术人员进行钻孔，在钻孔过程中还需要不断对炮孔进行测算和校验，在保证炮眼位置无偏差的同时，保证炮眼的平行度和角度也符合设计要求。钻孔施工中，首先，要对隧道掌子面的各项参数进行确认，精准计算炮孔深度；其次，所钻炮孔的底部里程要相同，不能出现偏差，以免影响最后的光面爆破效果；最后，钻孔完成后要按照要求对所有炮眼进行反复检查和确认，如有问题及时调整，确保无误之后等待下一步工作的进行。

3.2 制作炮泥和水袋

3.2.1 制作炮泥

炮泥制作所使用的材料主要是以黏土、砂和水为主。制作中需要根据具体要求选择干净的砂土材料，黏土颗粒直径需要控制在10mm以下，不得掺有腐殖土和杂物等，保证炮泥材料干净细腻；加水总量也需要进行严格控制，通常加水量需要控制在8%以下[2]。土∶砂∶水按照7.5∶1∶1.5的比例进行配比，配比完成的混合料需要提前进行软化，以确保炮泥制作顺利进行。

3.2.2 制作水袋

水袋制作前需要对原材料进行合理选择，必须要保证水体的干净与整洁程度，同时要充分符合水袋的制作工艺要求和标准。在该项目爆破工作当中水袋的直径为34mm，厚度为0.7mm，使用的是聚乙烯塑料袋。水袋的制作需要使用专业的封口机来处理。在实际操作过程中，首先进行定量调节工作，主要是获取所需要的材料灌装容量然后进行灌注封口[3]。在正式开始封口工作之前，相关工作人员需要对内部的空气进行彻底排除，然后再进行后续的操作。在灌注工作当中，相关施工人员需要将塑料袋夹住，并且将其直接套在水管口上方，然后完成后续的灌注工作。

3.3 安装聚能管

聚能管在施工现场专用房间内制作，制作步骤如下：

（1）使用厂家提供的注药枪，打开注药枪后盖，把炸药卷沿中线纵向切开，剥去药卷外皮，然后装入注药枪筒中并压实，拧紧注药枪后盖；

（2）用小型空气压缩机给注药枪加压，压力为0.2个大气压；

（3）注药工人手握注药枪在聚能管的半壁管内从头到尾均速移动，使炸药均匀连续的注入；

（4）两个半壁管全部注满炸药后，在其中的一个半壁管内压入一根传爆线，然后两个半壁管按照要求组装在一起，装上起爆雷管；

（5）在炮眼安装过程中为防止聚能管在炮眼中转动，在装入炮眼之前，在聚能管两端安装定位块，聚能管组装结束；

（6）为了保证安全，在聚能管加工房间内禁止安装起爆雷管，等现场准备放入炮眼内时再安装起爆雷管。

聚能管使用的是定型PVC管道材料（见图2），需要根据预先设定好的标准要求，在工厂内部进行集中生产。PVC 管道的实际长度需要根据实际情况进行针对性调整。聚能管主要由主体与盖片两个部件所构成，聚能管的两侧区域存在一对内凹的聚能槽，并且聚能槽之间相互对称。聚能管当中安装有炸药传爆线以及起爆雷管等，需要在施工现场对其进行全面检查和处理，要保证起爆雷管和常规的光面爆破雷管的设置方法相同。

图2 聚能管示意

3.4 装药

聚能水压光面爆破的装药工作主要是对掏槽眼、辅助眼以及周边眼进行装药处理，如图3、图4、图5所示。在掏槽眼和辅助眼装药过程中，首先需要确认水袋的位置、炮眼的基础位置和炮眼的剩余孔洞深度，需要保证装药在炮眼深度的50%以上，剩余部分的炮眼需要使用炮泥对其进行封堵，需保证基础面的压实程度。在周边眼装药工作中，先在周边眼的基础位置填装一个水袋，聚能管需要和炮眼最底部位置安装的水袋贴紧[4]。聚能管的顶部需要装填两个水袋，并且需要使用炮泥材料对其进行堵塞处理，同时使用木质炮棍对其进行充分搅拌，在周边眼装药工作结束之后，需要基于常规的光面爆破工作方法，对其进行连线处理。

图3 辅助眼装药结构示意图

图5 周边眼装药结构示意图

3.5 爆破

聚能水压光面爆破必须要保证爆破工作的安全性和稳定性。在此次爆破工作过程中，在爆破管设置出孔内延期微差、孔外簇联的起爆方式，有效地保证了爆破工作效果和安全性。在正式开始爆破工作之前，需要对以下几个方面问题加以重视：首先，引爆雷管的连接线采用的是并联方式，需要有效保证导爆索之间的连接效果，避免产生松动；其次，连接工作结束之后，需要专业人员对其安全性能进行全面检查，保证起爆网络的设置符合有关规范和标准要求，相关施工人员需要根据特定的爆破工作步骤，对整个爆破工作进行有效控制[5]。

3.6 隧道出渣

在该项目中，应用聚能水压光面爆破技术后，由于爆破产生的水雾起到了良好的降尘效果，爆破后隧道掌子面的工作环境基本没有受到影响，并且渣块大小相对均匀，便于装车。所以，现场工作人员在确认无危石、哑炮危险后，便开始组织车辆装车运渣，出渣效率高。在出渣的过程中，隧道的初期支护施工也迅速跟进，整个施工流程顺利通畅，大大提高了整个隧道的施工效率。

4 聚能水压光面爆破技术的优势分析

聚能水压光面爆破与常规爆破相比，除了上述相关技术方面的不同之外，还有如下几种应用优势：

（1）可以最大限度地降低施工过程中对围岩的扰动和影响，爆破断面光滑平整、岩面无裂缝，保障隧道掌子面施工安全。在该工程中，聚能水压光面爆破之后，原岩基本没有受到扰动影响，损伤程度也十分细微，在经过针对性加固处理后基本可以忽略不计，有效保证了隧道掌子面施工的安全性和稳定性，也为之后加快施工进度提供了坚实保障。

（2）可以有效控制超挖和欠挖问题，节约了隧道初期支户喷射混凝土用量，有效降低隧道施工成本。该项目中应用聚能光面水压爆破超挖方量与相关技术人员依据以往施工经验和数据统计的如果利用常规爆破方式施工的超挖方量数据对比情况如表1所示。对比结果显示，应用聚能光面水压爆破在控制超挖方面效果卓越。